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重金属在水泥熟料及水泥制品中驻留行为研究

张迪  
【摘要】: 在水泥窑处理危险废弃物过程中,重金属元素在水泥熟料及水泥制品中的驻留行为受到了很大的关注。重金属元素的价态与其毒性有很大关系,在水泥窑处理危险废弃物过程中重金属元素化学价态的变化应加以重视。本文首先研究了Pb, Cd, As, Cr和Cr~(6+)在水泥熟料中的驻留情况,并探讨了酸性、碳化和冻融三种侵蚀条件下,水泥制品中重金属元素的驻留行为。其次,研究了常用铬还原剂的还原能力,确定了适合的还原剂。最后,采用一种水泥体系中重金属价态测试方法,研究了As~(5+), Cr~(3+)和Cr~(6+)在水泥熟料形成过程中价态的变化行为。 研究结果表明,所研究的重金属元素在模拟煅烧条件下的一次固化率分别为: Pb 39%;Cd 21.36%;As 60.55%;Cr 50.44%;Cr~(6+) 49.94%。酸性条件可以抑制Cr~(3+)的浸出,促进Cr~(6+)的浸出,对Pb, Cd和As的浸出无明显影响。在各种pH值条件下,Cr~(3+), Cr~(6+)和As的浸出速率随着时间延长有不同程度的减小, Pb和Cd的浸出速率不随时间变化。 Pb和Cd在胶砂试体碳化和冻融后的浸出浓度低于检测限。碳化加速了Cr和Cr~(6+)的浸出。经过冻融的试样不同时期As和Cr的浸出浓度都有增大的趋势,冻融损失越大,浸出浓度增加越大。 采用同步辐射X射线吸收精细结构谱测试水泥熟料中痕量元素价态的变化。掺烧As~(5+)水泥熟料中As以五价的形式存在,掺烧Cr~(6+)水泥熟料中只含有Cr~(6+),说明在水泥生料经过高温煅烧掺加的As~(5+)和Cr~(6+)化学价态并没有发生变化;掺烧Cr~(3+)水泥熟料中含有Cr~(3+)和Cr~(6+)。因此在处理含有三价铬的危险废弃物时要采取一定减铬措施,降低Cr~(6+)含量。 对选择的几种常用还原剂进行还原能力研究得出,FeS和甲醛的还原能力较差,不能作为还原剂使用;SnSO_4和MnSO_4·H_2O的还原能力较好,但价格较高,不适合水泥生产的实际应用;FeSO_4·7H_2O的还原能力良好并且价格低廉,可以作为水泥工业生产中的六价铬还原剂。水泥制品中的矿渣对六价铬在后期也具有较好的还原能力。


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